Атомні електростанції "на мінімальних потужностях". Що собою представляють маленькі реактори, про які ведеться дискусія в Україні?
Малі модульні реактори в українському контексті
У середині листопада Сполучені Штати і Україна оголосили про старт трьох нових ініціатив у галузі малих модульних реакторів. Серед цих проектів – створення пілотного заводу для виробництва чистого водню та аміаку під назвою "Чисте паливо", перетворення вугільних електростанцій на маломодульні реактори в рамках проекту "Фенікс", а також розробка стратегії декарбонізації сталеливарної індустрії з використанням ММР в рамках ініціативи "Чиста сталь".
"Україна орієнтує своє майбутнє на розвиток атомної енергетики. Незважаючи на трагедію, яка сталася на Чорнобильській АЕС, та нинішні виклики, з якими країна стикається через окупацію Запорізької АЕС, найбільшої в Європі, міністр енергетики Герман Галущенко підкреслив важливість цієї галузі."
Міністерство енергетики України повідомило, що країна підписала декларацію учасників Кліматичної конференції COP28, зобов'язуючись збільшити потужності атомної енергетики втричі до 2050 року. Це передбачає як проектування та зведення великих енергетичних блоків, так і малих модульних реакторів.
Еволюція технології ММР сприймається як ключовий складник післявоєнного відновлення України. Однак, дослідження та розвиток у цій сфері тривають вже протягом тривалого часу.
Два роки тому було створено консорціум для науково-практичних розробок, до якого приєдналися Україна, США, Японія та Південна Корея. Українську сторону представляли "Енергоатом" та Державний науково-технічний центр у сфері ядерної та радіаційної безпеки, тоді як США внесли свій вклад через компанії NuScale, FuelCell Energy, Clark Seed та Аргоннську національну лабораторію.
Навесні 2023 року компанія "Енергоатом" уклала угоду з американською фірмою Holtec International щодо впровадження малих модульних реакторів SMR-160. Восени велася дискусія про пришвидшення реалізації проекту, але тепер уже з компанією NuScale, оскільки саме її технологія виявилася єдиною з малих модульних реакторів, готовою до комерційного використання.
Навесні 2024 року з'явилася інформація про те, що в Україні планують виготовляти елементи для малих ядерних реакторів. Крім того, було укладено угоду про співпрацю з компанією Holtec International для реалізації проекту розгортання ММР.
Відповідно до своїх амбіцій, Україна планує встановити 20 малих модульних реакторів SMR-160, які мають потужність 160 МВт, замість зруйнованих теплових електростанцій. Однак існує серйозна проблема: ця технологія ще не була реалізована в жодній країні світу. Лише зараз починаються процеси отримання ліцензій для перших прототипів.
Згідно з інформацією МАГАТЕ, наразі у світі реалізується більше 70 комерційних проектів малих модульних реакторів (ММР). Реактори перебувають на стадії будівництва в таких країнах, як США, Канада, Китай, Аргентина, Південна Корея та інших.
ММР є порівняно новим напрямком у сфері атомної енергетики. Проте він вже отримав широке визнання як перспективне рішення для цієї галузі, здатне надати мирному атомові новий поштовх.
Малі реактори мають потужність від 10 до 300 МВт. В цей клас можна віднести більшість атомних електростанцій першого покоління, зведених з середини XX століття. Сучасна інновація полягає саме в модульному дизайні.
Згідно з матеріалами на сайті МАГАТЕ, реактори потужністю до 300 МВт на енергоблок здатні забезпечити приблизно третину від генеруючої потужності традиційних ядерних установок. ММР можуть виробляти велику кількість "чистої енергії" та є:
Основна ідея модульності полягає в тому, що такі реактори доставляються до місця роботи в зібраному вигляді та підключаються до мережі. Модулі можуть мати власні турбіни або підключатися до загальної турбіни. Останній проект, наприклад, реалізується в Китаї, де на одну турбіну хочуть вивести пару із шести ММР по 100 МВт.
Принцип функціонування реактора NuScale ілюструється у відео.
Конструкція малих реакторів має безліч переваг: вони компактні та модульні. Завдяки своїм невеликим габаритам їх можна розташовувати у зонах, які не придатні для великих атомних електростанцій.
Здатність попередньо скласти блоки робить їх будівництво легшим і доступнішим у порівнянні з великими реакторами, які часто розробляються під специфічні умови конкретної локації. Це може призвести до затримок у реалізації проекту.
ММР дозволяють заощадити витрати та час на будівництво. Їх можна розгортати поступово, щоб відповідати попиту на енергію.
Інфраструктура є одною з перешкод для розширення доступу до енергії. Зокрема, обмежене охоплення енергомережами сільських районів та висока вартість підключення до мереж. У районах без достатньої кількості ЛЕП та мережевих потужностей ММР можуть бути підключені до існуючої мережі або працювати автономно завдяки меншій потужності.
Це особливо актуально для мікрореакторів для виробництва електроенергії до 10 МВт. Крім того, мікрореактори можуть служити як резервне джерело живлення або використовуватися замість генераторів, які часто працюють на дизельному паливі.
Концепція безпеки в значній мірі базується на пасивних системах і внутрішніх характеристиках, таких як невисока потужність та знижений робочий тиск. Це дозволяє здійснювати відключення систем без необхідності людського втручання. В результаті, у певних ситуаціях ймовірність радіоактивних викидів і контакту з населенням під час аварійних ситуацій зменшується або зовсім виключається.
ММР характеризуються зменшеними вимогами до пального. На електростанціях, що використовують цю технологію, потреба в завантаженні нового ядерного пального виникає рідше — приблизно кожні 3-7 років, у порівнянні з 1-2 роками на звичайних атомних електростанціях. Деякі компактні реактори розробляються з можливістю експлуатації без заміни пального протягом 30 років.
Може скластися враження, що технологія ММР є доступним "завтрашнім" рішенням для виробництва атомної енергії. Однак усі її переваги наразі існують лише на папері.
Варто зазначити, що навряд чи можна очікувати швидкого та економічного впровадження проектів. Зазвичай, будівництво типової атомної електростанції займає близько 10 років. Однак, безпосередньо зведення реактора неможливе без попередніх етапів, таких як перевірка безпеки, сертифікаційні процедури та отримання ліцензії для експлуатації. Додатково, процес встановлення атомних блоків часто вимагає проведення громадських консультацій, що може значно затягнути терміни реалізації проекту.
На сьогоднішній день компанія NuScale Power є лідером у розробці малих модульних реакторів, які знаходяться на етапі найближчої реалізації. Цей проект розроблявся протягом майже двадцяти років, і найбільш оптимістичні прогнози свідчать про те, що перший реактор може почати будівництво наприкінці 2020-х років.
Що стосується витрат, то атомна енергетика є найвищою за вартістю серед усіх способів генерації електричної енергії. Достовірні прогнози свідчать, що модульні реактори у перерахунку на мегавати виявляться ще дорожчими. За проведеними розрахунками, вартість одного модульного реактора потужністю 200 МВт може досягати до 40% від вартості реактора потужністю 1000 МВт.
Виникають питання щодо безпеки. Невеликі розміри реакторів не є достатнім аргументом на користь їхньої надійності. Наприклад, аварія на американському реакторі Fermi 1 у 1966 році продемонструвала потенційні ризики. Хоча технології за ці роки значно вдосконалилися, повністю виключити можливі загрози не можна. Крім того, перспектива об'єднання реакторів у блоки створює нові ризики: інцидент на одному з них може спровокувати проблеми й на інших, що працюють у тісному зв'язку.
Також існує ризик розповсюдження ядерної зброї. Оскільки чим більше буде у світі атомних реакторів, то складніше МАГАТЕ стежити, чи справді вони використовуються лише з мирною метою.
